文章作者：控制系统事业部/王健
一、 mark ⅵ系统概述
ge公司做为当今一燃气轮机制造厂，以其几十年燃机制造和控制方面的经验，在原mark v基础上升级的speedtronic系列mark ⅵ控制系统已经普遍应用于ge各种类型的燃机控制系统上。它积累了ge经过长期应用验证的成功的透平控制、保护和顺序控制设计思想具有配置荣誉化、硬件积木化、软件模块化、控制组态化、操作人性化诊断全面化等特点，特别是控制模件（r,s,t）和保护模件（r8,s8,t8）的三冗余trm(triple modular redundant)结构，软件容错功能sift(software implemented fault tolerant)等，具有明显的特点，和通用性分散控制系统（dcs）相比可靠性更高。
二、 mark ⅵ系统网络结构
mark ⅵ控制系统网络分为三级数据通讯网络，即pdh网、udh网和ionet网。
mark ⅵ控制系统是基于网络层次结构而构建的，他用来连接个体节点，这些网络根据个体功能把不同的通讯信息分配给不同的层次。这些层次包括企业层、监督层、控制层、io层。企业层：由dcs从厂级数据高速公路(plant data highway)经路由器或hmi数据服务器向局域网发送数据；监督层：通过管理层中的hmi操作员能远程数据采集和操作监视机组的运行；控制层：由控制器、设备数据高速公路(unit data highway)等组成，控制器与控制器之间的通讯通过控制层之间实现；io层通过ionet网实现控制器与模块之间的通讯。每层的通讯协议各不一样，mark ⅵ系统通过通讯网络把io组件、控制器、hmi、mis等联系在一起。
对于小型的系统，hmi servers与hmi viewer功能合并，pdh往往由udh兼带。
2.1 工厂数据高速网络pdh(plant data highway)
pdh采用tcp/ip(transmission control protocol/internet protocol)即传输控制协议/网际协议的通讯协议，其通讯方式为广播式，具有载波、多路访问/碰撞检测csma/cd(carrier sence multiple access/collision detection)功能，允许共享一条传输线的多个站点随机访问传输线路，各站点平等竞争，使用32位crc(cyclic redundancy check循环冗余校验)的误码校验技术。
pdh网络速度为100mb/s，最多可挂1024个接点，相邻两节点间当采用双绞线时最长可传输100米，采用光缆时则最长可传输2000米。
pdh是系统用来将hmi（human machine interface）服务器与操作员站、打印机、历史数据站等联网，实现对机组监控。pdh也用于与非ge系统如dcs或第三方控制设备之间进行数据通讯。pdh与dcs通讯的协议有ethernet tcp/ip gsm ethernet 、tcp/ip modbus slave 和rs232/ 485 modbus rtu等多种。
2.2 设备数据高速网络udh(unit data highway)
udh用于控制器之间的通讯，它不直接对外开放。它提供燃机控制器、汽机控制器、发电机励磁控制器ex2100、静态启动器lci等之间高速的端与端对等通讯。
udh是一个以以太网（ethernet）为基础的网络，采用udp/ip(user datagram protocol/internet protocol)即用户数据报协议/国际协议，协议标准为egd(ethernet global data)以太网数据协议。与pdh一样，udh通讯方式也为广播式，使用csma/cd技术，也使用32位crc循环冗余校验的误码校验技术。它可接收gps（global position system定位系统）信号实现时钟同步，支持的同步信号为：irig-a,irig-b,nasa-36,定时脉冲等，精度可达±1ms。
udh最多可支持10个节点，网络速度为100mb/s，相邻两节点间当采用双绞线时最长可传输100米，采用光缆时则最长可传输2000米。
尽管udh 支持不同控制器之间控制参数通讯，但是每个控制回路都在各自的控制器内完成。另外为了确保可靠性，控制器之间以及来自dcs 的所有跳闸指令都通过硬接线连接。
udh与pdh 之间是基于cimplicity图形界面和windows操作系统的服务器（hmi），这些服务器作为就地/ 远程的操作员站或工程师站，用于人机通讯以及控制维护。
2.3 i/o总线(ionet)
ionet是以ethernet为基础的用于mark ⅵ 控制柜内三个控制处理器、三个保护模块以及扩展模块间通讯的网络，该网络也是三冗余的。
ionet使用的是adl (asynchronous drives language)即异步设备语言对控制器数据进行表决。它是一种主/从式通讯结构，vcmi通讯卡作为主站来挑选哪个从站进行数据传输，使用32位crc的误码校验技术，网络速率为10mb/s，最多可支持16个节点，相邻两节点间当采用同轴电缆时最长可传输185米，采用光缆则最长传输2000米。
三、 mark ⅵ系统与nt6000 dcs系统的连接
通过对mark ⅵ控制系统三条网络特点和作用的分析，以及系统安全可靠性考虑mark ⅵ可以通过pdh或hmi本身与dcs系统实现通讯。有三种方式可以实现与其他dcs系统的连接。
从人机接口服务器rs-232端口或者可选的专用网关控制器到dcs串行modbus从机连接，支持modbus rtu和modbus ascⅱ模式；
通过modbus从机借助tcp/ip协议实现高速的100mb以太网连接；
借助tcp/ip协议通过一个称为geds标准消息（gsm）的应用层来实现高速100mb以太网连接。
gsm支持涡轮控制命令、mark ⅵ数据和警报、警报功能、逻辑事件、以及精度为1ms的触点输入事件记录。modbus被广泛地应用于dcs连接，但是以太网gsm的优势在于其集成度更紧凑些。
对于小型的系统，一般不设置pdh，mark ⅵ不直接传递数据到sis或mis，而是先通讯至dcs，由dcs集成所有数据，统一与sis设置接口。
3.1 三种通讯方式对比
三种通讯方式各有优缺点：
串行modbus：通讯实现性慢，不能集成所有数据，组态较麻烦，受外界干扰影响大，可靠性差，其优点是通讯协议支持大多数分布式控制系统；
以太网modbus：集成度差，不能集成所有数据，组态较麻烦，可靠性差，但和串行modbus一样被广泛地应用于各分布式dcs系统；
以太网gsm：集成度高，可以集成包括事件记录、警报记录、soe等所有数据，组态方便，通讯速度快，效率高，可靠性高，缺点是通用性差；
基于modbus的通讯，只是简单地进行数据的传输，由于各方面的约束modbus通讯并不能有效地实现从dcs到mark ⅵ的全面控制，要进行的系统对接dcs必须要通过gsm方式与mark ⅵ通讯。
3.2 基于以太网gsm协议的mark ⅵ系统与nt6000系统的连接
ge提供的gsm（ge industrial systems standard messages）应用层协议是由ge人机接口服务器，通过pdh或udh的平台与dcs的数据服务器进行交接，ge的人机接口服务器是以太网gsm通信的源头。gsm支持四类应用程序级的消息。
管理消息：从人机接口向dcs发送，它带有一个支持设备信息，用来说明可以用于该连接的通讯的系统以及常规通信连接的可用性。
事件驱动的消息：在出现或消除系统警报或者系统记录、或者触点输入（soe）闭合或开启的时候从人机接口自然发送到dcs。每个逻辑点的发送都通过一个个头时间标记来完成。
周期数据消息：是具体的数据点组，由dcs定义，并由一组时间标记发送。在mark ⅵ控制设备中所有的5000个数据点都可以以1s的周期速率向dcs发送。dcs可以借助控制器的名称和点名称来定义一个多个数据列表。
公用请求消息：包括涡轮控制命令和警报队列命令。它们从dcs发送到人机接口。涡轮控制命令包括瞬时逻辑控制命令（比如升级和启停命令）已经模块设置点目标命令。警报队列命令包括、设备警报喇叭和重置命令已经警报堆存请求，这些请求能够使整个警报队列从mark ⅵ控制设备发送到dcs。
通过gsm通信，dcs能够监视涡轮的所有运行状况，并能对其进行控制，并能对mark ⅵ系统的运行状况，机组报警等监视和干预。而modbus通信则不能实现gsm的所有功能，在大多数情况下，gsm通信则是必须实现的。
nt6000系统的gegsm接口软件负责实现与ge的gsm通讯。gegsm接口软件通过ethernet tci/ip gsm协议，取得ge mark vi控制系统的实时数据和事件、报警等到数据，同时对外提供opc或dde数据服务。为适就系统如工程单位转换等需要，接口软件中集成了一般数据运算功能，如：加、减、乘、除、开方等。dcs系统与mark vi控制系统的数据交换示意图如下：
通过gsgsm opc/dde servers接口软件解决了dcs不能直接与非标准协议gsm通讯的难点，为实现联合循环机组监控信息一体化奠定了基础。本方案已经成功应用于实际项目。上图为某项目gegsm通讯的实时界面。ge全部4类信息通过该软件分组周期性地数据交换。整个通讯量为一千二百多点，通讯采样周期1s，通讯可靠稳定。dcs对燃机系统进行监控，同时由dcs统一上传所有数据至厂级信息监控系统，实现了一体化的目标。
3.3 基于gsm协议通讯的意义
目前天然气发电作为新能源的一种，正越来越多地受到关注和提倡，天然气发电的份额正慢慢加大。ge作为燃机行业的者，天然气联合循环机组的dcs系统越来越重视与mark ⅵ系统的通讯。同时随着dcs系统国产化的进程，是否支持gsm通讯已经成为国产dcs系统性能的一项硬性指标。与ge燃机mark ⅵ系统实现基于gsm通讯的nt6000系统必会在天然气联合循环机组领域内取得。